1.一种铬离子掺杂多相近红外玻璃陶瓷,其特征在于基础玻璃的摩尔百分比组成如下:MgO:5~20%;SiO2:20~60%;Al2O3:5~25%;Ga2O3:0~15%;ZnO:0~15%;AlF3:5~
25%;K2CO3:0~10%;RE2O3:0~5%;Cr2O3:0.05~5%;CrO2:0~5%;B2O3、Na2O和Li2O的总含量:1~20%;澄清剂Sb2O3的含量为其它原料总质量的0.5~2wt.%;成核剂为ZrO2、TiO2、纳米Ag粉中的一种或几种组合,含量为1~15mol.%。
2.根据权利要求1所述的铬离子掺杂多相近红外玻璃陶瓷,其特征在于原料中的铬离子来源为Cr2O3或Cr2O3和CrO2的组合;RE2O3为Yb2O3、Nd2O3、Ce2O3中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的铬离子掺杂多相近红外玻璃陶瓷,其特征在于烧结助剂为B2O3、Na2O或Li2O中的一种或多种组合,其由对应的硼酸盐或碳酸盐或氟化物引入。
4.根据权利要求1~3任一项所述的铬离子掺杂多相近红外玻璃陶瓷,其特征在于基础玻璃的制备步骤如下:
(a)按预先确定的摩尔比称取原料,加入适量无水乙醇,在玛瑙研钵中研磨1~5h,得到混合均匀的混合料;
(b)将所得混合料装入铂铑坩埚或石英坩埚,放入熔化炉从室温升至1600~1700℃下保温1~5h,后将玻璃液倒入预热至600~800℃的模具上压制成型,接着移入相同温度的退火炉中保温5~10h,随炉冷却到室温;
(c)重复上述(a)、(b)步骤多次,获得均质、无气泡的基础玻璃。
5.根据权利要求4所述的铬离子掺杂基础玻璃,其特征在于步骤(b)中的玻璃液在熔化的同时对其进行机械搅拌,搅拌速率为5~30r/min。
6.权利要求1~5任一项所述铬离子掺杂多相近红外玻璃陶瓷的制备方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(a)将基础玻璃置于精密退火炉中,并在玻璃化转变温度Tg±50℃、析晶温度Tc±50℃范围采用“梯度变速诱导核化及晶化”和“交变电场诱导核化及晶化”工艺对其进行热处理;
(b)晶化处理结束后,退火炉以5~20℃/min的速率降温至室温,即得到铬离子掺杂的多相近红外玻璃陶瓷;
所述步骤(a)中“梯度变速诱导核化及晶化”指的是,通过较小的升温速率从室温升温到Tg±50℃温度并保持足够长的时间,以保证基础玻璃获得足够的能量来形核,之后以极快的升温速率升温至Tc±50℃并保持合适的时间,以保证基础玻璃中的晶核完全生长而又不过分长大,既实现玻璃陶瓷的高度结晶又实现玻璃陶瓷的高度透光。“交变电场诱导核化及晶化”指的是,在基础玻璃热处理过程中对其施加一个交变电场,促进玻璃内部成核点处浓度的起伏,造成玻璃内部离子的有效迁移,实现基础玻璃的有效分相和充分结晶,从而达到制备高结晶度铬离子掺杂多相近红外玻璃陶瓷的目的。
7.根据权利要求6所述铬离子掺杂多相近红外玻璃陶瓷的制备方法,其特征在于:室温到Tg±50℃温度区间的升温速率为1~3℃/min、保温时间为5~100h,Tg±50℃至Tc±50℃温度区间的升温速率为20~40℃/min、保温时间为0.5~5h;降温速率为5~20℃/min,所施加交变电场频率为50Hz。
8.根据权利要求7所述的铬离子掺杂多相近红外玻璃陶瓷,其特征在于,所述多相玻璃陶瓷包括Mg2Al4Si5O18、MgAl2O4、ZnGa2O4、MgGa2O4、KZnF3、ZnMgSi2O6、MgSiO3、Mg2Si2O6、Mg2SiO4、Mg3Al2Si3O12等晶相中的2种或多种组合。
9.根据权利要求8所述的铬离子掺杂多相近红外玻璃陶瓷,其特征在于,所述铬离子在晶体中的价态为+3价或者+3价和+4价共存,其中+3价铬离子占据晶体中的八面体格位,+4价铬离子占据晶体中的四面体格位。
10.根据权利要求7~9任一项所述铬离子掺杂多相近红外玻璃陶瓷,其特征在于:所制备多相近红外玻璃陶瓷发射峰位于600~1700nm之间,峰值>800nm,半峰宽150~350nm,150℃下发光强度为室温下发光强度的80%以上,内量子效率>50%。